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Unbinilium

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Unbinilium
Ununennium ←Unbinilium →Unbiunium
Ra
 Structure cristalline cubique centrée
 
120		Ubn
 
        
        
                  
                  
                                
                                
  
                      
↑
Ubn
↓
—
Tableau complet •Tableau étendu
Position dans letableau périodique
SymboleUbn
NomUnbinilium
Numéro atomique120
Groupe2
Période8e période
BlocBloc s
Famille d'élémentsIndéterminée
Configuration électroniquePeut-être [Og] 8s2[1]
Électrons parniveau d’énergiePeut-être 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomiquePeut-être [297]
Isotopes les plus stables
IsoANPériodeMDEdPD
MeV
298Ubn{syn.}11 μs[2]α12,95294Og
299Ubn{syn.}15 μs[2]α12,89295Og
300Ubn{syn.}2,5 μs[2]α12,93296Og
Propriétés physiques ducorps simple
Système cristallinCubique centré[3] (extrapolation)
Divers
No CAS54143-58-7[4]
Unités duSI &CNTP, sauf indication contraire.
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L'unbinilium (symboleUbn) est ladénomination systématique de l'UICPA pour l'élément chimique hypothétique denuméro atomique120, parfois encore appeléeka-radium en référence à la désignation provisoire des éléments parDmitri Mendeleïev, et presque toujours appeléélément 120 dans la littérature scientifique. Dans letableau périodique, cet élément se trouverait en deuxième position sur la8e période, avec des propriétés peut-être semblables à celles d'unmétal alcalino-terreux appartenant aubloc s. En raison d'effetsrelativistes qui compriment sonorbitale 8s, il serait moins réactif que leradium et lebaryum, et présenterait des propriétés chimiques plus proches de celles dustrontium sur lapériode 5 que de celles du radium sur lapériode 7 ; sonrayon atomique serait par ailleurs du même ordre que celui du radium.

L'élément 120 a attiré l'attention des chercheurs car certaines prédictions l'ont un moment situé au cœur d'unîlot de stabilité, certaines versions de la théorie de champ moyen relativiste prévoyant en effet que lenucléide304120 soit « doublement magique », avec 120 protons et 184 neutrons ; cet îlot de stabilité a par la suite été situé autour ducopernicium et duflérovium.

Malgré de nombreuses tentatives de la part d'équipes allemandes et russes pour le synthétiser, cet élément n'a jamais pu être observé. Les données expérimentales acquises au cours de ces expériences ont montré que leséléments de la période 8 seront bien plus difficiles à observer que ceux des périodes précédentes, et que l'élément 119 pourrait de ce point de vue être le dernier à pouvoir être détecté avec les technologies actuelles, l'élément 120 demeurant pour l'heure inaccessible.

Introduction à la synthèse des noyaux superlourds

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Principes généraux

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Leséléments superlourds comme l'élément 120 sont obtenus parfusion nucléaire. En fonction de l'énergie d'excitation du noyau obtenu, on parle de « fusion chaude » ou de « fusion froide », cette dernière n'ayant, dans le contexte de la synthèse de noyaux atomiques superlourds, aucun rapport avec le concept médiatique de « fusion froide » désignant d'hypothétiques réactions « nucléaires » à pression et température ambiantes.

L'utilisation de cibles plus légères a cependant pour inconvénient de produire des nucléides ayant un rapportneutron/proton trop faible pour permettre l'observation d'isotopes d'éléments situés au-delà duflérovium (élément 114), de sorte que la fusion chaude est la seule méthode permettant d'accéder à de tels noyaux,a fortiori sur la8e période[6].

Application aux éléments 119 et 120

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La synthèse des éléments119 et 120 implique de maîtriser à la fois lasection efficace extraordinairement faible des réactions produisant ces nucléides et lapériode radioactive très brève de cesisotopes[7], vraisemblablement de quelquesmicrosecondes[2], ce qui est à peine suffisant pour leur permettre d'atteindre les détecteurs. Lesisotopes de l'élément 120 présenteraient en effet unedemi-vie pardésintégration α de l'ordre de quelquesmicrosecondes[8],[9].

Jusqu'à présent, la synthèse d'éléments superlourds s'est trouvée grandement facilitée par deux facteurs qualifiés desilver bullets en anglais, c'est-à-dire d'aides inespérées[10] :

  • d'une part la déformation descouches nucléaires duhassium 270, ce qui accroît la stabilité des nucléides voisins ;
  • d'autre part l'existence ducalcium 48, projectile particulièrement riche en neutrons et malgré tout quasiment stable qui a permis de produire des nucléides lourds tout en limitant leur énergie d'excitation.

Ces facteurs seront malheureusement inopérants dans le cas de l'élément 120. En effet, les isotopes produits de cette façon présentent malgré tout un déficit de neutrons par rapport à ceux conjecturés dans l'îlot de stabilité. Mais surtout, produire de l'élément 120 avec du48Ca impliquerait d'utiliser des cibles enfermium 257 :

48
20Ca +257
100Fm →305
120Ubn*.

Or on ne dispose que de quelquespicogrammes de fermium, alors qu'on peut produire desmilligrammes deberkélium et decalifornium ; de telles cibles en fermium présenteraient de surcroît avec le48Ca un rendement inférieur à une cible eneinsteinium pour produire l'élément 119[10],[11]. Il faut donc utiliser des projectiles plus lourds que le48Ca, ce qui a pour inconvénient de conduire à des réactions de fusion plus symétriques, qui sont plus froides et présentent moins de chances de succès[10].

Tentatives de synthèse

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À la suite de leur succès obtenu avec la synthèse de l'oganesson à partir249Cf et de48Ca, l'équipe duJoint Institute for Nuclear Research (JINR) àDubna, enRussie, a tenté une expérience semblable à partir de58Fe et de244Pu en mars-. L'expérience n'a permis de détecter aucun atome d'élément 120 dans une limite de400 fb desection efficace à l'énergie atteinte[12] (1 femtobarn =10–39 cm2, soit10–25 nm2).

58
26Fe +244
94Pu →302
120Ubn* →échec.

En, leGSI deDarmstadt, enAllemagne, a tenté une expérience semblable avec du64Ni sur une cible de238U :

64
28Ni +238
92U →302
120Ubn* →échec.

Là encore, aucun atome d'élément 120 n'avait pu être détecté dans une limite de1,6 pb de section efficace à l'énergie atteinte. Le GSI a répété l'expérience en avril-, janvier- et septembre-, toujours sans succès dans une limite de90 fb de section efficace. Après avoir modifié leurs installations pour pouvoir utiliser des cibles plus radioactives, les chercheurs du GSI tentèrent une fusion plus asymétrique en juin-, puis à nouveau en 2011 :

54
24Cr +248
96Cm →302
120Ubn* →échec.

On avait calculé que ce changement de réaction devait quintupler la probabilité de formation d'élément 120, dans la mesure où le rendement de ces réactions dépend fortement de leur caractère asymétrique[7]. Trois signaux corrélés ont été observés en accord avec l'énergie de désintégration α prédite pour le299120 et pour son nucléide fils295Og, ainsi que celle déterminée expérimentalement pour son petit-fils291Lv ; la demi-vie de ces signaux était cependant bien plus longue qu'attendue, et ces résultats n'ont pu être confirmés[13]. Cette expérience a également été étudiée par l'équipe duRIKEN, auJapon[14]

En août-, une nouvelle équipe au GSI a tenté une réaction davantage asymétrique avec l'instrumentTASCA :

50
22Ti +249
98Cf →302
120Ubn* →échec.

En raison de sa plus grande asymétrie[15], la réaction entre le50Ti et le249Cf devait être la plus favorable pour produire de l'élément 120, bien qu'elle soit assez froide. Là encore, aucun atome de cet élément ne fut détecté, pour une section efficace de200 fb[16]. La section efficace maximum pour produire de l'élément 120 ayant été calculée à0,1 fb[17], contre20 fb pour l'élément 119, et30 fb pour la plus petite section efficace obtenue dans une réaction de synthèse d'un nucléide par fusion (en l'occurrence la réaction209Bi(70Zn,n)278Nh), il apparaît que la synthèse de l'élément 119 est à l'extrême limite des technologies actuelles, et celle de l'élément 120 passera par le développement de nouvelles méthodes.

Une communication duCNRS a fait état en 2008 de l'observation de noyaux d'élément 120 auGANIL[18],[19], enFrance. Cette équipe a bombardé une cible denickel naturel avec desions d'uranium 238 pour étudier lapériode radioactive defission spontanée des noyaux composés obtenus :

238
92U +naturel
28Ni →296, 298, 299, 300, 302
120Ubn* →fission.

Cette méthode permet également d'évaluer l'influence de la saturation des couches nucléaires sur la durée de vie de divers noyaux superlourds, afin de situer précisément le prochainnombre magique à découvrir (Z = 114, 120, 124 ou 126). Les résultats obtenus ont montré que les noyaux composés avaient une énergie d'excitation élevée, de l'ordre de70 MeV, et subissaient des fissions avec une période mesurable supérieure à10–18 s. Bien que très brève, le fait que cette période puisse être mesurée indique l'existence d'un effet stabilisateur mesurable pourZ = 120. À des énergies d'excitation plus faibles, cet effet stabilisateur pourrait permettre d'observer desdemi-vies de fission bien plus longues. Dans la mesure où des observations semblables ont été faites pour l'élément 124 mais pas pour leflérovium (élément 114), cela tend à indiquer que le prochain nombre magique deprotons se situe au-delà de 120[19],[20].

Culture populaire

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  • Dans la sérieHalo : Nightfall, l'élément ayant servi à une attaque radiologique Covenante contre une colonie humaine est décrit comme étant très proche de l'élément 120, mais avec une transmutation inédite.
  • Dans le téléfilmTempête de météorites, l'élément 120 attire toutes les météorites tombant dans la baie de San Francisco.

Notes et références

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  1. ↑(en) Darleane C.Hoffman, Diana M.Lee et ValeriaPershina, « Transactinide Elements and Future Elements »,The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements,‎,p. 1652-1752(ISBN 978-94-007-0210-3,DOI 10.1007/978-94-007-0211-0_14,Bibcode 2011tcot.book.1652H,lire en ligne)
  2. ↑abc etd(en) Alexander V.Karpov, Valeriy I.Zagrebaev, Y. MartinezPalenzuela et WalterGreiner, « Superheavy Nuclei: Decay and Stability »,Exciting Interdisciplinary Physics,‎,p. 69-79(DOI 10.1007/978-3-319-00047-3_6,Bibcode 2013eipq.book...69K,lire en ligne)
  3. ↑(en)Glenn T. Seaborg, « Prospects for further considerable extension of the periodic table »,Journal of Chemical Education,vol. 46,no 10,‎,p. 626(DOI 10.1021/ed046p626,Bibcode 1969JChEd..46..626S,lire en ligne)
  4. ↑Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  5. ↑(en)Robert C. Barber, Heinz W. Gäggeler, Paul J. Karol, Hiromichi Nakahara, Emanuele Vardaci et Erich Vogt, « Discovery of the element with atomic number 112 (IUPAC Technical Report) »,Pure and Applied Chemistry,vol. 81,no 7,‎,p. 1331-1343(DOI 10.1351/PAC-REP-08-03-05,lire en ligne)
  6. ↑(en)Peter Armbruster et Gottfried Münzenberg, « Creating Superheavy Elements »,Scientific American,vol. 260,no 5,‎,p. 66-72(DOI 10.1038/scientificamerican0589-66,Bibcode 1989SciAm.260e..66A,lire en ligne)
  7. ↑a etb(en)Valeriy Zagrebaev, Alexander Karpov et Walter Greiner, « Future of superheavy element research: Which nuclei could be synthesized within the next few years? »,Journal of Physics: Conference Series,vol. 420,no 1,‎, articleno 012001(DOI 10.1088/1742-6596/420/1/012001,Bibcode 2013JPhCS.420a2001Z,lire en ligne)
  8. ↑(en)P. Roy Chowdhury, C. Samanta et D. N. Basu, « Search for long lived heaviest nuclei beyond the valley of stability »,Physical Review C,vol. 77,no 4,‎, articleno 044603(DOI 10.1103/PhysRevC.77.044603,Bibcode 2008PhRvC..77d4603C,lire en ligne)
  9. ↑(en)P. Roy Chowdhury, C. Samanta, D. N. Basud, « Nuclear half-lives for α-radioactivity of elements with 100 ⩽ Z ⩽ 130 »,Atomic Data and Nuclear Data Tables,vol. 94,no 6,‎,p. 781-806(DOI 10.1016/j.adt.2008.01.003,Bibcode 2008ADNDT..94..781C,lire en ligne)
  10. ↑ab etc(en)C. M. Folden Iii, D. A. Mayorov, T. A. Werke, M. C. Alfonso, M. E. Bennett et M. J. DeVanzo, « Prospects for the discovery of the next new element: Influence of projectiles with Z > 20 »,Journal of Physics: Conference Series,vol. 420,no 1,‎, articleno 012007(DOI 10.1088/1742-6596/420/1/012007,Bibcode 2013JPhCS.420a2007F,lire en ligne)
  11. ↑(en)ZaiGuo Gan, XiaoHong Zhou, MingHui Huang, ZhaoQing Feng et JunQing Li, « Predictions of synthesizing element 119 and 120 »,Science China Physics, Mechanics and Astronomy,vol. 54,no 1,‎,p. 61-66(DOI 10.1007/s11433-011-4436-4,Bibcode 2011SCPMA..54...61G,lire en ligne)
  12. ↑(en)Yu. Ts. Oganessian, V. K. Utyonkov, Yu. V. Lobanov, F. Sh. Abdullin, A. N. Polyakov, R. N. Sagaidak, I. V. Shirokovsky, Yu. S. Tsyganov, A. A. Voinov, A. N. Mezentsev, V. G. Subbotin, A. M. Sukhov, K. Subotic, V. I. Zagrebaev, S. N. Dmitriev, R. A. Henderson, K. J. Moody, J. M. Kenneally, J. H. Landrum, D. A. Shaughnessy, M. A. Stoyer, N. J. Stoyer et P. A. Wilk, « Attempt to produce element 120 in the244Pu+58Fe reaction »,Physical Review C,vol. 79,no 2,‎, articleno 024603(DOI 10.1103/PhysRevC.79.024603,Bibcode 2009PhRvC..79b4603O,lire en ligne)
  13. ↑(en)S. Hofmann, « Search for Isotopes of Element 120 ON the Island of Shn »,Exotic Nuclei: EXON-2014 - Proceedings of International Symposium,‎,p. 213-224(DOI 10.1142/9789814699464_0023,lire en ligne)
  14. ↑(en) Kosuke Morita, « Future Plan of the Experimental Program on Synthesizing the Heaviest Element at RIKEN »[PDF],TASCA07 at Davos, Switzerland,(consulté le).
  15. ↑(en)K. Siwek-Wilczyńska, T. Cap et J. Wilczyński, « How can One Synthesize the Element Z = 120? »,International Journal of Modern Physics E,vol. 19,no 4,‎,p. 500-507(DOI 10.1142/S021830131001490X,Bibcode 2010IJMPE..19..500S,lire en ligne)
  16. ↑(en) Alexander Yakushev, « Superheavy Element Research at TASCA »[PDF], surJapan Atomic Energy Agency,(consulté le).
  17. ↑(en) Jens Volker Kratz, « The Impact of Superheavy Elements on the Chemical and Physical Sciences »[PDF], surThe 4th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements,(consulté le).
  18. ↑Communiqué de presse du CNRS : « De nouveaux noyaux d'atomes super-lourds au Ganil ».
  19. ↑a etb(en)M. Morjean, D. Jacquet, J. L. Charvet, A. L’Hoir, M. Laget, M. Parlog, A. Chbihi, M. Chevallier, C. Cohen, D. Dauvergne, R. Dayras, A. Drouart, C. Escano-Rodriguez, J. D. Frankland, R. Kirsch, P. Lautesse, L. Nalpas, C. Ray, C. Schmitt, C. Stodel, L. Tassan-Got, E. Testa et C. Volant, « Fission Time Measurements: A New Probe into Superheavy Element Stability »,Physical Review Letters,vol. 101,no 7,‎, articleno 072701(PMID 18764526,DOI 10.1103/PhysRevLett.101.072701,Bibcode 2008PhRvL.101g2701M.,lire en ligne)
  20. ↑(en)Joseph B. Natowitz, « Viewpoint: How stable are the heaviest nuclei? »,Physics,vol. 1,‎, articleno 12(DOI 10.1103/Physics.1.12,Bibcode 2008PhyOJ...1...12N)

Voir aussi

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